基于加速度傳感器的油井示功圖位移測量技術研究

　　MSP430單片機A/D采集與數(shù)據(jù)處理

　　以上加速度水平、垂直信號經(jīng)過調(diào)理后，都要輸入MSP430單片機的 A/D進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。MSP430中ADC12模塊[4]能夠?qū)崿F(xiàn)12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)使用穩(wěn)壓芯片輸出電壓3V作為A/D參考電源。

　　示功圖測試儀的垂直加速度變化大，水平加速度變化小。垂直加速度信號范圍：1~2V，水平加速度信號范圍：0.5~2.5V。通過以上MSP430 A/D功能特點分析，確定其完全可以滿足示功圖信號的采集需求。

　　示功儀加速度在兩次去除邊界積分后并不能得到準確的沖程，往往對于同一口井會得出兩個差異很大的沖程。因為加速度量的電壓信號很小，3V供電系統(tǒng)造成加速度與電壓的比例系數(shù)很小(0.56V/g)，MCU采集加速度電壓信號受干擾嚴重。所以必須對采集的加速度信號進行合適的濾波后再雙重積分得到?jīng)_程。

　　首先，將采集到一個周期的加速度的數(shù)據(jù)存放在RAM中，對加速度數(shù)據(jù)進行奇異值的濾除;然后對加速度量進行3次7點平滑窗濾波，最大限度地將噪聲信號濾除;最后，應用周期去邊界的雙重積分得到各點的位移值，對應各點載荷量，在液晶屏上畫出示功圖，并將油井信息和示功圖信息儲存到外部EEPROM中。

　　加速度信號的復合濾波方法

　　示功儀采用加速度信號進行雙重積分算法得到位移和沖程，但是，加速度信號由于電源紋波和信號干擾的影響引起波形的微小畸變，經(jīng)過雙重積分后沖程累積誤差增大。針對加速度信號測量位移和沖程所存在的問題，本文在分析形態(tài)濾波和傳統(tǒng)平滑濾波的基礎上，提出了一種改進的復合濾波方法。

　　形態(tài)濾波法

　　形態(tài)濾波[6]是一種非線性數(shù)字濾波技術，主要應用在人臉識別領域。根據(jù)加速度信號的特點，形態(tài)濾波可以有效地抑制加速度信號的噪聲，較好的保持加速度信號的幾何特征[5]。本文采用了腐蝕與擴散相結(jié)合的方式來達到形態(tài)濾波的效果，核心算法定義為：

　　Y={[(fΘg)⊕g](n)+[(f⊕g)Θg](n)}/2

　　其中，[(fΘg)⊕g](n)表示形態(tài)開運算，[(f⊕g)Θg](n)表示形態(tài)閉運算，g表示結(jié)構元素，本文選用{0，7.0711，10，7.0711，0}。

　　通過抽油現(xiàn)場測試，游梁式抽油機的位移和沖程測量效果理想，加速度信號波形如圖3所示。